干燥技术:目前产业化中主要使用的技术是超临界干燥技术和常压干燥技术,其他尚未实现批量生产技术还有真空冷冻干燥、亚临界干燥等。超临界干燥技术是实现批量制备气凝胶技术,已经较为成熟,也是目前国内外气凝胶企业采用较多的技术,超临界干燥可以实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架结构。常压干燥技术一种新型的气凝胶制备工艺,是当前研究极活跃,发展潜力很大的气凝胶批产技术。其原理是采用疏水基团对凝胶骨架进行改性,避免凝胶孔洞表面的硅羟基相互结合并提高弹性,同时采用低表面张力液体臵换凝胶原来高比表面积的水或乙醇从而可以在常压下直接干燥获得性能优异的气凝胶材料。尽管目前超临界干燥工艺日益成熟、产品质量满足产业化要求,但是超临界干燥设备制造具有一定门槛,且原料有机硅源价格较高。相比超临界干燥技术,常压干燥技术在设备投入、硅源上均具有明显的成本优势,在技术上存在一定的门槛,适合于后期气凝胶的大规模量产。天阳气凝胶纸疏水性能优异,憎水率超过99%。保温隔热材料气凝胶图片
气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。这种新材料看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用,能承受1400摄氏度的高温。气凝胶的这些特性在航天探测上有多种用途。俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器上,都用到了气凝胶材料。美国国家宇航局研制出的一种新型气凝胶,由于密度只有每立方厘米3毫克,曾作为“世界上密度极低的固体”入选《吉尼斯世界纪录》。2013年2月27日,中国浙江大学高分子科学与工程系实验室的研究团队制作,由高超教授(中国)领导制作的石墨烯气凝胶,密度为0.16mg/cm³。创造了新的吉尼斯世界纪录。该材料于2013年2月27日在《自然》杂志上公布。安徽购买气凝胶零售气凝胶的制备通常由溶胶凝胶过程和超临界干燥处理构成。
在材料的量子尺寸效应研究方面。由于硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构,化学气相渗透法掺Si及溶液法掺C60的结果表明,掺杂剂是以纳米晶粒的形式存在,并观察到很强的可见光发射,为多孔硅的量子限制效应发光提供了有力证据。利用硅气凝胶的结构以及C60的非线性光学效应,可进一步研制新型激光防护镜。通过掺杂的方法还是形成纳米复合相材料的有效手段。此外,硅气凝胶是折射率可调的材料,使用不同密度的气凝胶介质作为切伦柯夫阀值探测器,可确定高能粒子的质量和能量。因高速粒子很容易穿入多孔材料并逐步减速,实现“软着陆”,如选用透明气凝胶在空间捕获高速粒子,可用肉眼或显微镜观察被阻挡、捕获的粒子。
科学家声称,气凝胶的基本制备原理是除去凝胶中的溶剂,让其保留完整的骨架。在以往制备气凝胶的案例中,科学家主要采用溶胶—凝胶法和模板导向法。前者可以批量合成,但是可控性差;后者能产生有序的结构,但依赖于模板的精细结构和尺寸,难以大量制备。高超课题组另辟蹊径,探索出无模板冷冻干燥法:将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干,便获得了“碳海绵”,并且可以任意调节形状,令生产过程更加便捷,也使这种超轻材料的大规模制造和应用成为可能。轻的气凝胶只有0.16毫克每立方厘米。
气凝胶材料本身具有强度低、脆性高的缺点,为了克服这一缺点,需要对气凝胶材料进行改性,这是目前很重要的工艺,通过改性可赋予气凝胶材料不同性能。目前气凝胶材料改性常用的方法就是掺杂,即加入掺杂剂或者增强/增韧材料,制备复合气凝胶材料。复合气凝胶材料的制备方法通常有两种:一种是在凝胶过程前加入掺杂材料;另一种是先制备气凝胶颗粒或者粉末,再加入掺杂材料和黏结剂,经模压或注塑成型制成二次成型的复合体。常用的掺杂材料有玻璃纤维、莫来石纤维、岩棉、硅酸铝纤,掺杂材料种类的选择主要依气凝胶复合材料的应用目的而定。湿凝胶经超临界干燥所得到的材料,称之为气凝胶。保温隔热材料气凝胶图片
2mm厚的气凝胶保温服与30mm的羽绒服保温效果相当。保温隔热材料气凝胶图片
有机气凝胶经过烧结工艺处理后将得到碳气凝胶这种导电的多孔材料是继纤维状活性碳以后发展起来的一种新型碳素材料,它具有很大的比表面积(600—1000m2/g)和高电导率(10—25s/cm).而且,密度变化范围广(0.05—1.0g/cm3).如在其微孔洞内充入适当的电解液,可以制成新型可充电电池,它具有储电容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、可多次重复使用等优异特性,初步实验结果表明:碳气凝胶的充电容量达3×104/kg2,功率密度为7kw/kg,反复充放电性能良好。保温隔热材料气凝胶图片